(57)【要約】  キャビティを有する電磁調理器用のＲＦ発生システムを提供する。ＲＦ発生システムは、入力ＲＦ信号を発生させる小信号発生器と、キャビティ内に電磁放射を導入し、キャビティから反射された電磁放射を受信するように構成されるＲＦフィードと、小信号発生器とＲＦフィードとの間を接続する高電力ＲＦ増幅器と、を備える。高出力増幅器は、電力を増幅した信号を出力するように構成される増幅段と、増幅した出力信号をＲＦフィードに向けると共に、ＲＦフィードから受信する反射された放射をダミー負荷に向け直すサーキュレータと、を有する。ＲＦ発生システムは、反射電磁放射における逆方向電力を検出する一方、サーキュレータへのダメージを抑制するタイムスケール内の電力閾値を、逆方向電力が超える場合に、増幅段に供給される電力を低減するハードウェア保護コンポーネントをさらに備える。
2019537290.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
食品負荷が配置される閉じられたキャビティを有する電磁調理器用のソリッドステート無線周波数発生システムであって、
入力ＲＦ信号を発生させる小信号発生器、
前記食品負荷を加熱し、準備するために、前記閉じられたキャビティ内に電磁放射を導入するように構成されるＲＦフィード、ここでＲＦフィードは、前記閉じられたキャビティから反射された電磁放射を受信するように構成される、
前記小信号発生器と前記ＲＦフィードとの間を接続する高電力ＲＦ増幅器、ここで前記高電力ＲＦ増幅器は、
前記入力ＲＦ信号に対して電力を増幅した信号を出力するように構成される少なくとも１つの増幅段、
増幅した出力信号を前記ＲＦフィードに向けると共に、前記ＲＦフィードから受信する反射波及びそれらの関連する電力をダミー負荷に向け直すサーキュレータ、
を有する、
前記ＲＦフィードによって受信された反射電磁放射における逆方向電力を検出する一方、前記サーキュレータへの電気的ストレス又はダメージを抑制するタイムスケール内の電力閾値を、前記逆方向電力が超える場合に、前記少なくとも１つの増幅段に供給される電力を低減するハードウェア保護コンポーネント、
を備える、ソリッドステート無線周波数発生システム。
【請求項２】
前記タイムスケールは、その最大定格を超える電力状態を持続するための前記サーキュレータの最大能力よりも短い、請求項１に記載のソリッドステート無線周波数発生システム。
【請求項３】
前記サーキュレータは、前記サーキュレータが曝される可能性がある最大逆方向電力よりも小さい最大電力定格を有する、請求項１または２に記載のソリッドステート無線周波数発生システム。
【請求項４】
前記タイムスケールは、約１０ナノ秒未満である、請求項１〜３のいずれか一項に記載のソリッドステート無線周波数発生システム。
【請求項５】
前記ハードウェア保護コンポーネントは、前記逆方向電力を前記電力閾値と比較する比較器を含み、前記電力閾値は調整可能である、請求項１〜４のいずれか一項に記載のソリッドステート無線周波数発生システム。
【請求項６】
前記ハードウェア保護コンポーネントは、前記比較器の出力に接続される電力制御部をさらに含み、前記電力制御部は、前記逆方向電力が前記電力閾値を超えていることを前記比較器の出力が表す場合に、前記少なくとも１つの増幅段に供給される電力を低減する、請求項５に記載のソリッドステート無線周波数発生システム。
【請求項７】
前記電力制御部は、前記少なくとも１つの増幅段への電力の供給を遮断することによって、前記少なくとも１つの増幅段に供給される電力を低減する、請求項６に記載のソリッドステート無線周波数発生システム。
【請求項８】
食品負荷が配置される閉じられたキャビティを有する電磁調理器用のソリッドステート無線周波数発生システムであって、
入力ＲＦ信号を発生させる小信号発生器、
前記食品負荷を加熱し、準備するために、前記閉じられたキャビティ内に電磁放射を導入するように構成される複数のＲＦフィード、ここで前記複数のＲＦフィードのそれぞれは、前記閉じられたキャビティから反射された電磁放射を受信するように構成される、
前記複数のＲＦフィードに接続される高電力ＲＦ増幅器のセット、ここで高電力ＲＦ増幅器のそれぞれは、
前記入力ＲＦ信号に対して電力を増幅した信号を出力するように構成される少なくとも１つの増幅段、
増幅した出力信号を前記ＲＦフィードに向けると共に、前記ＲＦフィードから受信する反射波及びそれらの関連する電力をダミー負荷に向け直すサーキュレータ、
を有する、
前記複数のＲＦフィードによって受信された反射電磁放射における逆方向電力を検出する一方、前記サーキュレータへの電気的ストレス又はダメージを抑制するタイムスケール内の電力閾値を、前記逆方向電力が超える場合に、前記少なくとも１つの増幅段に供給される電力を低減するハードウェア保護コンポーネント、
を備える、ソリッドステート無線周波数発生システム。
【請求項９】
前記タイムスケールは、その最大定格を超える電力状態を持続するための前記サーキュレータの最大能力よりも短い、請求項８に記載のソリッドステート無線周波数発生システム。
【請求項１０】
前記複数の高電力ＲＦ増幅器のそれぞれの前記サーキュレータは、前記サーキュレータが曝される最大逆方向電力よりも小さい最大電力定格を有する、請求項８または９に記載のソリッドステート無線周波数発生システム。
【請求項１１】
前記タイムスケールは、約１０ナノ秒未満である、請求項８〜１０のいずれか一項に記載のソリッドステート無線周波数発生システム。
【請求項１２】
前記ハードウェア保護コンポーネントは、前記逆方向電力を前記電力閾値と比較する比較器を含み、前記電力閾値は調整可能である、請求項８〜１１のいずれか一項に記載のソリッドステート無線周波数発生システム。
【請求項１３】
前記ハードウェア保護コンポーネントは、前記比較器の出力に接続される電力制御部をさらに含み、前記電力制御部は、前記逆方向電力が前記電力閾値を超えていることを前記比較器の出力が表す場合に、前記少なくとも１つの増幅段に供給される電力を低減する、請求項１２に記載のソリッドステート無線周波数発生システム。
【請求項１４】
前記電力制御部は、前記複数の高電力ＲＦ増幅器のそれぞれへの電力の供給を遮断することによって、前記複数の高電力ＲＦ増幅器のそれぞれに供給される電力を低減する、請求項１３に記載のソリッドステート無線周波数発生システム。
【請求項１５】
食品負荷が配置される閉じられたキャビティ、
入力ＲＦ信号を発生させる小信号発生器、
前記食品負荷を加熱し、準備するために、前記閉じられたキャビティ内に電磁放射を導入するように構成されるＲＦフィード、ここでＲＦフィードは、前記閉じられたキャビティから反射された電磁放射を受信するように構成される、
前記小信号発生器と前記ＲＦフィードとの間を接続する高電力ＲＦ増幅器、ここで前記高電力ＲＦ増幅器は、
前記入力ＲＦ信号に対して電力を増幅した信号を出力するように構成される少なくとも１つの増幅段、
増幅した出力信号を前記ＲＦフィードに向けると共に、前記ＲＦフィードから受信する反射波及びそれらの関連する電力をダミー負荷に向け直すサーキュレータ、
を有する、
前記ＲＦフィードによって受信された反射電磁放射における逆方向電力を検出する一方、前記サーキュレータへの電気的ストレス又はダメージを抑制するタイムスケール内の電力閾値を、前記逆方向電力が超える場合に、前記少なくとも１つの増幅段に供給される電力を低減するハードウェア保護コンポーネント、
を備える、電磁調理器。
【請求項１６】
前記タイムスケールは、その最大定格を超える電力状態を持続するための前記サーキュレータの最大能力よりも短い、請求項１５に記載の電磁調理器。
【請求項１７】
前記サーキュレータは、前記サーキュレータが曝される可能性がある最大逆方向電力よりも小さい最大電力定格を有する、請求項１５または１６に記載の電磁調理器。
【請求項１８】
前記タイムスケールは、約１０ナノ秒未満である、請求項１５〜１７のいずれか一項に記載の電磁調理器。
【請求項１９】
前記ハードウェア保護コンポーネントは、前記逆方向電力を前記電力閾値と比較する比較器を含み、前記電力閾値は調整可能である、請求項１５〜１８のいずれか一項に記載の電磁調理器。
【請求項２０】
前記ハードウェア保護コンポーネントは、前記比較器の出力に接続される電力制御部をさらに含み、前記電力制御部は、前記逆方向電力が前記電力閾値を超えていることを前記比較器の出力が示す場合に、前記少なくとも１つの増幅段に供給される電力を低減する、請求項１９に記載の電磁調理器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本装置は、概して電磁調理器用のＲＦエネルギー伝送システムに関し、より詳細には、反射された電磁波から高電力増幅器を保護するソリッドステートＲＦ電磁調理器用のＲＦエネルギー伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電子レンジは、閉じられたキャビティ全体に高周波交流電磁場が分布する誘電加熱処理によって食品を調理する。無線周波数スペクトルのサブバンド、２．４５ＧＨｚ付近のマイクロ波周波数は、主に水中のエネルギーの吸収によって誘電加熱を引き起こす。
【０００３】
従来のマイクロ波においてマイクロ波周波数の放射を発生させるために、高電力増幅器の高電圧変圧器に印加される電圧は、マイクロ波周波数の放射を発生させるマグネトロンに印加される高電圧電力をもたらす。次に、マイクロ波は、導波管を介して食品を含む閉じられたキャビティに送信される。マグネトロンのような単一の非コヒーレント源を用いて閉じられたキャビティ内で食品を調理すると、食品の加熱が不均一になる可能性がある。より均一に食品を加熱するために、電子レンジは、とりわけ、電子レンジスターラーおよび食品を回転させるためのターンテーブルなどの機械的解決法を含む。一般的なマグネトロンベースのマイクロ波源は、狭帯域ではなく調整可能でもない（すなわち、経時的に変化し、選択不可能な周波数でマイクロ波を放射する）。そのような一般的なマグネトロンベースのマイクロ波源の代替として、調整可能でコヒーレントなソリッドステートソースを電子レンジに含めることができる。
【発明の概要】
【０００４】
一態様では、食品負荷が配置される閉じられたキャビティを有する電磁調理器用のソリッドステート無線周波数発生システムが提供される。ソリッドステート無線周波数発生システムは、入力ＲＦ信号を発生させる小信号発生器、食品負荷を加熱し、準備するために、閉じられたキャビティ内に電磁放射を導入するように構成されるＲＦフィード、ここでＲＦフィードは、閉じられたキャビティから反射された電磁放射を受信するように構成される、および小信号発生器とＲＦフィードとの間に接続される高電力ＲＦ増幅器を備える。高電力ＲＦ増幅器は、入力ＲＦ信号に対して電力を増幅した信号を出力するように構成される少なくとも１つの増幅段と、増幅した出力信号をＲＦフィードに向けると共に、ＲＦフィードから受信される反射波及びそれらの関連する電力をダミー負荷に向け直すサーキュレータと、を有する。システムは、ＲＦフィードによって受信される反射電磁放射における逆方向電力を検出する一方、サーキュレータの電気的ストレス又はダメージを抑制するタイムスケール内の電力閾値を、逆方向電力が超える場合に、少なくとも１つの増幅段に供給される電力を低減するハードウェア保護コンポーネントをさらに備える。
【０００５】
別の態様では、食品負荷が配置される閉じられたキャビティを有する電磁調理器用のソリッドステート無線周波数発生システムが提供される。ソリッドステート無線周波数発生システムは、入力ＲＦ信号を発生させる小信号発生器、食品負荷を加熱し、準備するために、閉じられたキャビティ内に電磁放射を導入するように構成される複数のＲＦフィード、ここで複数のＲＦフィードのそれぞれは、閉じられたキャビティから反射電磁放射を受信するように構成される、複数のＲＦフィードに接続される高電力ＲＦ増幅器のセット、ここで高電力ＲＦ増幅器のそれぞれは、入力ＲＦ信号に対して電力が増幅された信号を出力するように構成された少なくとも１つの増幅段と、増幅された出力信号をＲＦフィードに向けると共に、ＲＦフィードから受信した反射波およびそれらの関連する電力をダミー負荷に向け直すサーキュレータ、を備える。システムは、複数のＲＦフィードによって受信された反射電磁放射における逆方向電力を検出する一方、複数の高電力ＲＦ増幅器のうちの１つのサーキュレータへの電気的ストレス又はダメージを抑制するタイムスケール内の電力閾値を、複数のＲＦフィードのうちの１つからの逆方向電力が超える場合に複数の高電力増幅器に供給される電力を低減するハードウェア保護コンポーネントをさらに備える。
【０００６】
他の態様では、電磁調理器が提供される。電磁調理器は、食品負荷が配置される閉じられたキャビティ、入力ＲＦ信号を発生させる小信号発生器、食品負荷を加熱し、準備するために、閉じられたキャビティ内に電磁放射を導入するように構成されるＲＦフィード、ここでＲＦフィードは、閉じられたキャビティから反射された電磁放射線を受信するように構成される、および小信号発生器とＲＦフィードとの間に接続される高電力ＲＦ増幅器、を備える。高電力ＲＦ増幅器は、入力ＲＦ信号に対して電力が増幅された信号を出力するように構成された少なくとも１つの増幅段と、増幅された出力信号をＲＦフィードに向けると共に、ＲＦフィードから受信した反射波およびそれらの関連する電力をダミー負荷に向け直すサーキュレータと、を有する。調理器は、ＲＦフィードによって受信した反射電磁放射における逆方向電力を検出する一方、サーキュレータへの電気的ストレス又はダメージを抑制するタイムスケール内の電力閾値を、逆方向電力が超える場合に、少なくとも１つの増幅段に供給される電力を低減するハードウェア保護コンポーネントをさらに含む。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は本明細書に記載される様々な態様における複数のコヒーレント無線周波数フィードを有する電磁調理器のブロック図である。
【図２】図２は図１の無線周波数信号発生器のブロック図である。
【図３】図３は一実施態様に係るＲＦエネルギー伝送システムの電気回路図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
添付の図面で示されると共に、以下の明細書に記載される特定の装置及び処理は、添付の特許請求の範囲で定義される発明の概念の単なる例示的な実施形態であることが理解できる。したがって、本明細書に開示された実施形態に関連する他の物理的特徴は、特許請求の範囲が明示的にそうでないと述べない限り、限定的であると見なされるべきではない。
【０００９】
ソリッドステート無線周波数（ＲＦ）調理機器は、閉じられたキャビティ内に電磁放射を導入することによって食品を加熱し、調理する。閉じられたキャビティ内で異なる位置に配置される複数のＲＦフィードは、放射することによって動的電磁波のパターンを生成する。閉じられたキャビティ内の波のパターンを制御し、成形するために、複数のＲＦフィードは、閉じられたキャビティ内でコヒーレンス（すなわち、静止干渉パターン）を維持するために、別々に制御される電磁特性を有する波を放射することができる。例えば、ＲＦフィードのそれぞれは、他のフィードに対して異なる周波数、位相及び／又は振幅を伝送することができる。他の電磁気特性は、ＲＦフィード間で共通であってもよい。例えば、ＲＦフィードのそれぞれは、共通であるが、可変の周波数で伝送することができる。以下の実施形態は、閉じられたキャビティ内の対象物を加熱するためにＲＦが直接電磁放射を供給する調理器具に関する。しかしながら、本明細書に記載される方法及びそれから導き出される発明の概念は、そのように限定されないと理解される。包含される概念及び方法は、キャビティの内部で対象物に作用するために電磁放射が、閉じられたキャビティに向けられるあらゆるＲＦ装置に適用可能である。例示的な装置としては、オーブン、乾燥機、スチーマーなどが挙げられる。
【００１０】
ソリッドステートＲＦシステムの一般的な形態は、出力電力が概して１Ｗより低い小信号発生器と、電力レベルを数百ワットに上げることが可能な１つ又は複数の電力増幅器と、を含む。数百ワット（例えば、２５０Ｗ）の範囲における最大の出力電力を有する電力増幅器は、現在利用可能であり、且つマグネトロンの代替のための電子レンジのような加熱用途に適している。単一の電力増幅器の出力電力がその用途の要件を満たさない場合、より多くの電力増幅器をシステムに追加することができ、それぞれが同じキャビティ内に同時に電力を供給する。複数の増幅器の形態を可能にするために、小信号発生器の出力信号は異なる電力増幅器の間で分配されるか、又は小信号発生器は１つ又は複数の小信号（すなわち、マルチチャンネル動作モード）を提供しなければならない。そのような増幅器は、典型的には、増幅器を制御し、電子部品に基本的な安全機能を提供する集積化センサを含む。集積化センサは、入力電力及び反射電力（すなわち、増幅器に接続された負荷が完全にはマッチしていないときに発生する逆方向に進行する波に関連する電力）を読み取ることができる。集積型双方向カプラ、外付けの双方向カプラ、四波反射率計（ｆｏｕｒ−ｗａｖｅ  ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｅｒｓ）、間接推定器、又は当技術分野で知られている他の任意の技術を使用することにより、読み取りは実行される。更に、実装に応じて、順方向と逆方向の両方の進行波の位相を読み取ることができる。
【００１１】
調理用途は、一般的に、数百ワットの範囲の電力レベルを必要とする。例えば、マグネトロンベースの電子レンジの一般的な電力収支は、８００から１２００Ｗの範囲である。それにもかかわらず、全ての用途がそのような高い電力レベルを必要とするわけではない。例えば、調理用途は、均一な加熱を実現するため、８０Ｗ程度の低い電力レベルを要求してもよい。それにもかかわらず、多くの調理処理が高電力レベルで考えられている。電磁気学的な観点からは、食品負荷は可変的な負荷条件を示しており、通常は高電力増幅器にとって理想的な負荷ではない。その結果、調理処理中に、電磁波がマイクロ波のキャビティから高電力増幅器に戻るところで反射が生じる。反射電力は数百ワットの範囲であってもよい。そのような高電力の反射電磁波は、高電力増幅器にダメージを与える可能性がある。そのようなダメージを防止するために、反射電磁波の逆方向電力をダミー負荷に向け直す高電力定格サーキュレータが提供されてもよい。ダミー負荷は、反射電力を熱として放散する。そのような高電力定格サーキュレータは、長期間に亘って数百ワットの範囲の電力に耐えなければならない。これらの高電力定格サーキュレータは高価である。
【００１２】
本実施形態は、低電力定格サーキュレータの使用と、高電力増幅器に組み込まれる高速ハードウェア保護と、を組み合わせたハイブリッド設計に関する。より詳細に以下に示されると共に記載されるように、高電力増幅器は、増幅器の入力から増幅器の出力までの信号を運んで増幅するために、ガイド構造によって直列に接続される複数の増幅段を含むことができる。増幅器の出力の後には、低電力定格サーキュレータが保護装置として提供される。サーキュレータの後であって、マイクロ波キャビティへエネルギーを供給する前に、順方向電力及び反射電力を測定するためにカプラ構造が提供される。カプラは、実装に応じて、高電力増幅器に統合されてもよく、又は、導波管又は他の任意の供給システムに統合されてもよい。サーキュレータの機能は、反射波及びそれに関連する電力をダミー負荷（例えば、抵抗器、又は他のエネルギー放散装置）に向け直すことであり、エネルギーは熱に変換されて放散される。
【００１３】
本実施形態は、低電力サーキュレータと、ハードウェア保護コンポーネントと、を組み合わせる。ハードウェア保護コンポーネントは、カプラによって読み取られる電力を使用することによって、保護措置を開始する。保護措置は、サーキュレータへの電気的ストレス又はダメージを抑制するタイムスケール内で電力を低減するか、又は高電力増幅器をシャットダウンする。ハードウェア保護コンポーネントは、その最大定格を超える電力状態を持続するためにサーキュレータの最大能力より短い時間内で起動する。低電力サーキュレータとハードウェア保護コンポーネントとの複合機能は、高電力サーキュレータとして効果的に機能するサーキュレータと出力段トランジスタとを保護する。ハードウェア保護は、アプリケーションで同時に使用されている他の高電力増幅器を更に保護するために、ＲＦ発生システムにメッセージをブロードキャストするためのトリガを含むことができる。
【００１４】
ハイブリッド保護システムは、より少ない量の反射電力を維持するように設計されてもよいため、サーキュレータのコストを低減することを含む。ハイブリッド保護システムの追加の詳細は、ハイブリッド保護システムが使用されてもよい電磁調理器の一般的な説明書に従って以下に記載される。
【００１５】
図１は、一実施形態に係る、複数のコヒーレントＲＦフィード２６Ａ−Ｄを有する電磁調理器１０のブロック図を示す。図１に示すように、電磁調理器１０は、電力供給ユニット１２と、コントローラ１４と、ＲＦ信号発生器１６と、ヒューマン・マシン・インターフェース２８と、複数のＲＦフィード２６Ａ−Ｄに接続される複数の高電力ＲＦ増幅器１８Ａ−Ｄと、を備える。複数のＲＦフィード２６Ａ−Ｄは、それぞれ、複数の高電力ＲＦ増幅器１８Ａ−Ｄのうちの１つから閉じたキャビティ２０内にＲＦ電力を送信する。
【００１６】
電力供給ユニット１２は、商用電源から得られる電力を、コントローラ１４、ＲＦ信号発生器１６、ヒューマン・マシン・インターフェース２８、及び複数の高電力ＲＦ増幅器１８Ａ−Ｄに供給する。電力供給ユニット１２は、商用電源を、それが電力を供給する各装置で要求される電力レベルに変換する。電力供給ユニット１２は可変出力電圧レベルを供給することができる。例えば、電力供給ユニット１２は、０．５ボルトステップで選択的に制御された電圧レベルを出力することができる。このようにして、典型的には２８ボルトの直流電流を高電力ＲＦ増幅器１８Ａ−Ｄのそれぞれに供給するように、電力供給ユニット１２を構成することができるが、電力供給ユニット１２は、１５ボルトの直流電流などのより低い電圧を供給することができ、所望のレベルまでＲＦ出力電力のレベルを下げることができる。
【００１７】
コントローラ１４を電磁調理器１０に含めることによって、電磁調理器１０の様々なコンポーネントと動作可能に接続し、調理サイクルを実施することができる。また、コントローラ１４は、制御パネル又はヒューマン・マシン・インターフェース２８と動作可能に接続され、ユーザ選択入力を受け取り、ユーザに情報を伝達することができる。ヒューマン・マシン・インターフェース２８は、ダイヤル、ライト、スイッチ、タッチスクリーン要素、及び、ディスプレイなどの、ユーザが調理サイクルなどのコマンドをコントローラ１４に入力し、情報を受け取ることを可能にする操作制御部を含み得る。ユーザインターフェース２８は、１つ又は複数の要素を含むことができ、それらは互いに集中又は分散させることができる。また、コントローラ１４は、電力供給ユニット１２によって供給される電圧レベルを選択してもよい。
【００１８】
コントローラ１４は、メモリ及び中央処理部（ＣＰＵ）を備えることができ、好ましくはマイクロコントローラ内に具現化することができる。調理サイクルを完了する際にＣＰＵによって実行され得る制御ソフトウェアを格納するために、メモリが使用され得る。例えば、メモリは、ユーザによって選択され、電磁調理器１０によって完了され得る１つ又は複数の予めプログラムされた調理サイクルを記憶することができる。また、コントローラ１４は、１つ又は複数のセンサから入力を受け取ることができる。コントローラ１４と通信可能に接続され得るセンサの非限定的な例は、ＲＦ電力レベルを測定するためのＲＦ工学の分野で知られているピークレベル検出器と、閉じられたキャビティ又は高電力増幅器１８Ａ−Ｄのうち１つ又は複数の温度を測定するための温度センサと、を含む。
【００１９】
ヒューマン・マシン・インターフェース２８によって提供されるユーザ入力と、（高電力増幅器１８Ａ−１８ＤのそれぞれからＲＦ信号発生器１６を通ってコントローラ１４へ向かう経路を示す図１に表される）複数の高電力増幅器１８Ａ−Ｄから来る順方向及び逆方向（又は反射）電力の大きさを含むデータと、に基づいて、コントローラ１４は調理手順を決定し、ＲＦ信号発生器１６の設定を算出することができる。このようにして、コントローラ１４の主要な機能の１つは、ユーザによって開始されるように調理サイクルを例示するように電磁調理器１０を作動させることである。以下に記載されるようなＲＦ信号発生器１６は、複数のＲＦ波形、すなわちコントローラ１４によって示される設定に基づいてそれぞれの高電力増幅器１８Ａ−Ｄごとに１つの波形を生成することができる。
【００２０】
高電力増幅器１８Ａ−Ｄは、それぞれ、ＲＦフィード２６Ａ−Ｄのうちの１つに接続されている。高電力増幅器１８Ａ−Ｄは、それぞれ、ＲＦ信号発生器１６によって提供される低電力ＲＦ信号に基づいて高電力ＲＦ信号を出力する。高電力増幅器１８Ａ−Ｄのそれぞれに入力される低電力ＲＦ信号は、電力供給ユニット１２によって供給される直流電流の電力を高電力無線周波数信号に変換することによって増幅され得る。１つの非限定的な例では、高電力増幅器１８Ａ−Ｄのそれぞれは、５０から２５０ワットの範囲のＲＦ信号を出力するように構成されていてもよい。高電力増幅器のそれぞれの最大出力ワット数は、実装に応じて２５０ワット以上又は以下であってもよい。高電力増幅器１８Ａ−Ｄのそれぞれは、過度のＲＦ反射を吸収するためのダミー負荷を含んでいてもよい。
【００２１】
複数のＲＦフィード２６Ａ−Ｄは、複数の高電力ＲＦ増幅器１８Ａ−Ｄから閉じられたキャビティ２０へ電力を供給する。複数のＲＦフィード２６Ａ−Ｄは、空間的に分離されているが固定された物理的な位置において、閉じられたキャビティ２０に接続され得る。複数のＲＦフィード２６Ａ−Ｄは、ＲＦ信号の低電力損失伝搬用に設計された導波路構造体を介して実施され得る。非限定的な一例では、当技術分野で知られている金属製の矩形導波管は、高電力増幅器１８Ａ−Ｄから閉じられたキャビティ２０へＲＦ電力を案内することができる。
【００２２】
また、ＲＦフィード２６Ａ−Ｄのそれぞれは、増幅器出力における順方向及び逆方向の電力レベルの大きさ又は位相を測定するための検出機能を含むことができる。測定された逆方向電力は、高電力増幅器１８Ａ−Ｄと閉じられたキャビティ２０との間のインピーダンスの不整合の結果として高電力増幅器１８Ａ−Ｄに戻される電力レベルを示す。調理手順の一部分を実施するために、コントローラ１４及びＲＦ信号発生器１６へのフィードバックを提供することに加えて、逆方向電力レベルは、高電力増幅器１８Ａ−１８Ｄを損傷する可能性がある過剰な反射電力を示すことができる。
【００２３】
閉じられたキャビティ２０は、その中に任意の仕切り２４を挿入することによってサブキャビティ２２Ａ−Ｂを選択的に含むことができる。閉じられたキャビティ２０は、少なくとも片側に遮蔽ドアを備えてもよく、これにより、食品又は任意の仕切り２４の配置及び回収のために閉じられたキャビティ２０の内部へユーザがアクセスすることを可能にする。
【００２４】
ＲＦフィード２６Ａ−Ｄのそれぞれの伝送帯域幅は、２．４ＧＨｚ〜２．５ＧＨｚまでの範囲の周波数を含むことができる。他のＲＦ帯域を伝送するようにＲＦフィード２６Ａ−Ｄを構成することができる。例えば、２．４ＧＨｚと２．５ＧＨｚとの間の周波数の帯域幅は、産業と、科学と、医療（ＩＳＭ）の無線帯域と、を構成するいくつかの帯域のうちの１つである。他のＲＦ帯域の伝送も考えられる。他のＲＦ帯域の送信は、１３．５５３ＭＨｚ〜１３．５６７ＭＨｚ、２６．９５７ＭＨｚ〜２７．２８３ＭＨｚ、９０２ＭＨｚ〜９２８ＭＨｚ、５．７２５ＧＨｚ〜５．８７５ＧＨｚ、及び２４ＧＨｚ〜２４．２５０ＧＨｚの周波数によって定義されるＩＳＭ帯域に含まれる非限定的な例を含み得る。
【００２５】
図２を参照すると、ＲＦ信号発生器１６のブロック図が示されている。ＲＦ信号発生器１６は、周波数発生器３０と、位相発生器３４と、振幅発生器３８と、を含み、これらは、順次接続されており、全てＲＦコントローラ３２の制御下にある。このようにして、ＲＦ信号発生器１６から高電力増幅器へ出力される実際の周波数と、位相と、振幅とは、好ましくはデジタル制御インターフェースとして実装されるＲＦコントローラ３２を介してプログラム可能である。ＲＦ信号発生器１６は、調理コントローラ１４から物理的に分離することができるか、又はコントローラ１４上に物理的に取り付けられるか、若しくは一体化することができる。ＲＦ信号発生器１６は、好ましくはカスタムメイドの集積回路として実施される。
【００２６】
図２に示すように、ＲＦ信号発生器１６は、共通であるが、可変の周波数（例えば、２．４ＧＨｚから２．５ＧＨｚまでの範囲）を共有し、それぞれのＲＦチャンネル４０Ａ−Ｄについて位相及び振幅が設定可能である４つのＲＦチャンネル４０Ａ−Ｄを、出力する。本明細書に記載されている構成は、例示的なものであり、限定的であると見なすべきではない。例えば、ＲＦ信号発生器１６を、より多い又はより少ないチャンネルを出力するように構成することができ、実装に応じて各チャンネルについて固有の可変周波数ｆを出力する機能を含むことができる。
【００２７】
前述したように、ＲＦ信号発生器１６は、電力供給ユニット１２から電力を得ることができ、コントローラ１４から１つ又は複数の制御信号を入力することができる。追加の入力は、高電力増幅器１８Ａ−Ｄによって決定される順方向電力レベル及び逆方向電力レベルを含むことができる。これらの入力に基づいて、ＲＦコントローラ３２は、周波数を選択し、選択された周波数を示す信号を出力するように周波数発生器３０に信号を送ることができる。図２において周波数発生器３０を表すブロックの中に絵で表されるように、選択された周波数は、正弦波信号を決定する。正弦波信号の周波数は、一連の離散周波数にわたる。非限定的な一例では、２．４ＧＨｚから２．５ＧＨｚまでの範囲の選択可能な帯域幅を、１ＭＨｚの分解能で離散化することができ、１０１個の固有の周波数の選択を可能にする。
【００２８】
周波数発生器３０の後、信号は出力チャンネル毎に分割され、位相発生器３４に向けられる。それぞれのチャンネルは、別個の位相、すなわち正弦関数の初期角度を割り当てることができる。図２においてチャンネル毎の位相発生器３６Ａ−Ｄを表すブロックに絵で表されるように、チャンネルについてＲＦ信号の選択された位相は、一連の離散角度にわたって変動し得る。非限定的な一例では、選択可能な位相（振動の半サイクル又は１８０度にわたって折り返される）は、１０度の分解能で離散化され、チャネルごとに１９の固有の位相選択を可能にする。
【００２９】
位相発生器３４に続いて、チャンネル毎のＲＦ信号は、振幅発生器３８に送られ得る。ＲＦコントローラ３２は、チャンネル４０Ａ−Ｄにおいて別個の振幅を出力するためにそれぞれのチャンネル（共通の周波数及び別個の位相で図２に示される）を割り当てることができる。図２においてチャンネル毎の振幅発生器３８を表すブロックの中の絵で表されるように、ＲＦ信号の選択される振幅は、離散的な一連の振幅（又は電力レベル）にわたって変動し得る。非限定的な一例では、選択可能な振幅は、０から２３デシベルの範囲にわたって０．５デシベルの分解能で離散化することができ、チャンネルごとに４７の固有の振幅選択を可能にする。
【００３０】
それぞれのチャンネル４０Ａ−Ｄの振幅は、実装に応じていくつかの方法のうちの１つによって制御することができる。例えば、それぞれのチャンネルに対する振幅発生器３８の供給電圧の制御は、各高電力増幅器１８Ａ−Ｄに対する所望のＲＦ信号の出力に正比例する、ＲＦ信号発生器１６からのそれぞれのチャンネル４０Ａ−Ｄに対する出力の振幅をもたらし得る。あるいは、チャネル毎の出力は、振幅レベルがパルス幅変調信号のデューティサイクルによってエンコードされるパルス幅変調信号としてエンコードされ得る。更に別の代替案は、閉じられたキャビティ２０に送信されるＲＦ信号の最終振幅を制御するために、高電力増幅器１８Ａ−Ｄのそれぞれに供給される供給電圧を変えるように電力供給ユニット１２のチャンネル毎の出力を調整することである。
【００３１】
上述したように、電磁調理器１０は、複数のＲＦフィード２６Ａ−Ｄにおいて制御された電力を閉じられたキャビティ２０内へ供給することができる。更に、それぞれのＲＦフィード２６Ａ−Ｄから供給される電力の振幅と、周波数、及び位相の制御を維持することによって、電磁調理器１０は閉じられたキャビティ２０内へ供給される電力をコヒーレントに制御することができる。コヒーレントなＲＦ源は、電磁波の干渉特性を利用するために制御された方法で電力を供給する。すなわち、定義された空間領域及び持続期間にわたって、コヒーレントなＲＦ源は、電場が相加的に分布するように静止干渉パターンを生成することができる。その結果、干渉パターンは、いずれのＲＦ源よりも振幅が大きい（すなわち、強め合う干渉）か、又はいずれのＲＦ源よりも小さい（すなわち、弱め合う干渉）電磁場分布を、引き起こすように追加することができる。
【００３２】
ＲＦ源と動作環境の特徴付けとの調整（すなわち、閉じられたキャビティ及びその中の内容物）は、電磁調理のコヒーレントな制御を可能にし、閉じられたキャビティ２０内の対象物とのＲＦ電力の接続を最大化することができる。動作環境への効率的な送信には、ＲＦ生成手順のキャリブレーションが必要になり得る。上述したように、電磁加熱システムでは、電力供給ユニット１２から出力される電圧、高電力増幅器１８Ａ−Ｄと振幅発生器３８との両方を含む可変利得アンプの段における利得、周波数発生器３０の同調周波数等と、を含む多くの要素によって、電力レベルを制御することができる。出力電力レベルに影響を与える他の要因は、コンポーネントの寿命、コンポーネント間の相互作用、及びコンポーネントの温度が含まれる。
【００３３】
図３は、ＲＦエネルギー伝送システム２００の電気回路図を示す。ＲＦエネルギー伝送システム２００は、高電力増幅器１８を含む。高電力増幅器１８は、小信号発生器１６（図１）とＲＦフィード２６（図１）との間に接続される。高電力増幅器１８は、小信号発生器１６からの入力ＲＦ信号に対して電力増幅された信号を出力するように構成された少なくとも１つの増幅段１００ａ及び１００ｂと、低電力定格サーキュレータ１０４と、を含んでもよい。低電力定格サーキュレータ１０４は、ＲＦフィードへ増幅された出力信号を向ける一方、ＲＦフィードから受信した反射波及びそれらの関連する電力を、ダミー負荷２０２を向け直す。更に、ＲＦエネルギー伝送システム２００は、ハードウェア保護コンポーネント２０４を備えてもよい。ハードウェア保護コンポーネント２０４は、ＲＦフィード２６によって受信された反射電磁放射における逆方向電力を検出し、逆方向電力が低電力定格サーキュレータ１０４への電気的ストレス又はダメージを抑制するタイムスケールの範囲内の電力閾値を超える場合に、増幅段１００ａ及び１００ｂのうち少なくとも１つに供給される電力を低減する。このタイムスケールは、サーキュレータが最大定格を超える電力状態を維持するための最大能力よりも短い。
【００３４】
サーキュレータ１０４は、低電力定格サーキュレータである。これは、マルチポートシステムの場合、サーキュレータの最大定格が最大逆方向電力よりも小さく、これは約１０ナノ秒未満の間持続することができる。サーキュレータには、２つの異なるストレスがある。１つは、順方向電力と、進行波と反射波とのベクトル和（原則として任意の位相関係）とによる電気的ストレスであり、もう１つは、サーキュレータが放散しなければならない電力であって、サーキュレータを通って流れる順方向電力と反射電力とによって引き起こされる挿入ロスの合計による熱ストレスである。電場ストレスの時定数は、ナノ秒の時間枠であり、熱ストレスの時定数は数十秒の時間枠である。電気ストレスのはるかに急速な効果のために、熱的影響は重要な問題にならない。これは、本明細書で記載する解決策によって、問題となる前に熱ストレスの発生源を止めるからである。しかしながら、電界強度が回路およびコンポーネント（すなわち、サーキュレータ）に対して指定された定格を超える場合、電界ストレスはハードウェアにダメージを与える可能性がある。複数の増幅器がキャビティに、次いで負荷にエネルギーを供給しているマルチポートシステムにおいて、順方向電力Ｐｆｗｄおよび反射電力Ｐｂｗｄを数学的に計算すると、最悪の場合のＰｂｗｄは次式で与えられる。
Ｐｂｗｄ＝Ｐｆｗｄ（ｎ−１）
ここで、ｎはエネルギーをキャビティに注入する光源（ＨＰＡ）の数である。
【００３５】
この前提で、例えば、各々２５０Ｗの４個の高電力増幅器を有する４ポートシステムでは、最大Ｐｂｗｄは７５０Ｗになり得る。従来のシステムでは、サーキュレータ定格の選択を駆動するのは逆方向電力Ｐｂｗｄである。したがって、従来のシステムでは、最大Ｐｂｗｄと少なくとも同じくらいの大きさの定格のサーキュレータを使用している。これは、上記の例では少なくとも７５０Ｗである。本明細書に記載される特徴を利用することによって、以下に記載される追加のハードウェア保護が高速（＜１０ｎｓ）の電力低減／電力カットを行い、それによってサーキュレータ１０４をダメージから保護するので、サーキュレータの定格要件（および結果としてコスト）を削減し得る。したがって、２５０Ｗの高電力増幅器１８を有する４ポートシステムで使用するために、サーキュレータ１０４は、キャビティに接続されると共に同時に食品負荷にエネルギーを供給する高電力増幅器１８の数とは無関係に７５０Ｗ未満、または２５０Ｗ程度の低いものでさえ定格とすることができる。より一般的には、ハードウェア保護コンポーネント２０４が作用する迅速な応答タイムスケールによって、サーキュレータの電力定格を順方向電力に応じて選択することができ、ポートの数とは無関係にすることができる。
【００３６】
ハードウェア保護コンポーネント２０４は、逆方向電力を電力閾値と比較するための比較器２０６を含む。逆方向電力は、カプラ２０８から比較器２０６に供給されてもよい。カプラ２０８は、順方向電力および反射電力を測定するために提供される。カプラ２０８は、実装に応じて、高電力増幅器１８に統合されてもよく、または導波路１１０または他の任意のＲＦフィード２６に統合されてもよい。
【００３７】
電力閾値は、電力閾値調整部２１０を用いて調整してもよい。ハードウェア保護コンポーネント２０４は、比較器２０６の出力に接続される電力制御部２１２をさらに含む。電力制御部２１２は、逆方向電力が電力閾値を超えていることを比較器２０６の出力が表すときに少なくとも１つの増幅段１００ａ、１００ｂに供給される電力を低減する。電力制御部２１２は、少なくとも１つの増幅段１００ａ、１００ｂへの電力の供給を完全に遮断することによって、少なくとも１つの増幅段１００ａ、１００ｂに供給される電力を低減してもよい。これは、比較器２０６の出力に応答して電力の供給を遮断するスイッチを使用して実現してもよい。あるいは、電力制御部２１２は、電力供給を遮断することなく電力を低減させることによって少なくとも１つの増幅段１００ａ、１００ｂに供給される電力を減少してもよい。上述のように構成されたハードウェア保護コンポーネント２０４を利用することによって、サーキュレータの最大電力定格を超える前に、逆方向電力が電力閾値を超えることに応答して、高電力増幅器１８に供給される電力を迅速に低減または遮断することができる。ハードウェア保護コンポーネント２０４は、逆方向電力がＡＤＣを通過し、次に測定された逆方向電力を最初に処理して制御信号を生成しなければならないマイクロプロセッサに通過するときよりも、逆方向電力の変化に対する応答がはるかに速い。さらに、より速い応答時間を有することによって、サーキュレータ１０４は、より低い電力定格を有することができ、高電力増幅器１８を保護するという利益を提供しながら、実装が安価であり得る。
【００３８】
また、比較器２０６および／またはカプラ２０８の出力は、システムへのダメージを抑制するための他の手段を実行するために、コントローラ１４、ＲＦコントローラ３２、または信号発生器１６からの他の応答をトリガするために使用され得る。
【００３９】
高電力増幅器１８は、増幅器入力から増幅器出力まで無線周波数信号を増幅するためにいくつかの増幅段１００ａ、１００ｂが相互接続されるように構成される。回路の構成に応じて、増幅段１００ａ、１００ｂは、電流利得、電圧利得またはその両方を生成することができる。
【００４０】
上述のように、増幅段１００ａ、１００ｂの出力はサーキュレータ１０４に接続されている。低電力定格サーキュレータ１０４は、１つのポートから次のポートへ無線周波数信号を送信するパッシブマルチポートコンポーネントであってもよい。次のポートは、あるコンポーネントから別のコンポーネントへと無線周波数信号を接続するための低電力定格サーキュレータ１０４上のポイントである。サーキュレータ１０４は、不整合負荷が電力を反映するときに起こり得る有害な影響から増幅段１００ａ、１００ｂを隔離するための保護装置として機能する。
【００４１】
サーキュレータ１０４は、国際公開第２０１６／１９６９３９号公報に記載されているように、ドロップインスタンドアロンサーキュレータまたは高電力増幅器に統合される統合サーキュレータなどの任意の形態のであってもよく、その全開示は参照により本明細書に組み込まれる。
【００４２】
図３には１つの高電力増幅器１８のみが示されているが、ハイブリッド保護は、電磁調理器１０に使用され得る複数の高電力増幅器１８Ａ〜１８Ｄのそれぞれに提供されてもよい。そのような場合、ＲＦフィード２６Ａ〜２６Ｄのいずれか１つで検出される逆方向電力が電力閾値を超えると、全ての高電力増幅器１８Ａ〜１８Ｄに供給される電力が低減または遮断されてもよい。
【００４３】
増幅段１００ａ、１００ｂの端部における出力電力レベルが所望の設定ポイントレベルに達するためには、ＲＦ信号発生器（図１の要素１６を参照）は、閉じられたキャビティ（図１の要素２０を参照）に伝達される無線周波数信号の順方向電力及び逆方向電力を示す信号の形態のフィードバックに依存し得る。したがって、入力無線周波数信号に対して電力増幅された無線周波数信号を出力するための増幅コンポーネントに加えて、従来の高電力増幅器は、増幅コンポーネントによって送信および受信された無線周波数電力を示す信号を出力するスカラーまたはベクトル測定構成要素のいずれかを含むことができる。
【００４４】
ＲＦエネルギー伝送システム２００はまた、無線周波数信号の位相を測定するために有用な任意のコンポーネントを含むことができる。任意のコンポーネントとしては、限定されるものではないが、整合較正検出器を含む双方向カプラ、又は導波管１１０内の両方向に流れる電力を測定するように配向される一対の単一検出器カプラである。このようにして、測定システムは、電力および位相に応じて無線周波数送信を特徴付けることができ、散乱行列またはＳ−パラメータにおいて具現化されるようなネットワーク化描写を形成するために使用することができる。
【００４５】
本開示の目的のために、用語「接続された（ｃｏｕｐｌｅｄ）」（接続（ｃｏｕｐｌｅ）、接続している（ｃｏｕｐｌｉｎｇ）、接続された（ｃｏｕｐｌｅｄ）等、その形式のすべてについて）は、一般的に、（電気的なまたは機械的な）２つの構成要素の直接的なまたは間接的な相互の結合を意味する。このような結合は、本質的に静止していても、本質的に可動であってもよい。このような結合は（電気的にまたは機械的に）２つの構成要素、および相互にまたは２つの構成要素と単一の一体物として一体的に形成される任意の追加の中間部材により実現され得る。このような結合は本質的に恒久的なものであってもよいし、特に明記がない限り、本質的に着脱可能もしくは切離可能であってもよい。
【００４６】
また、例示的な実施形態に示されている装置の要素の構成および配置は、例示に過ぎないことに留意することも重要である。本発明のいくつかの実施形態だけが本開示に詳細に記載されているが、本開示を検討する当業者は、列挙された主題の新規の教示および利点に実質的に逸脱することなく、多くの修正（たとえば、さまざまな要素の、サイズ、寸法、構造、形状、および、割合、パラメータの値、取り付け位置、材料の使用、色彩、方向づけ、等）が可能であることを容易に理解するであろう。たとえば、一体的に形成されたものとして示されている要素は、複数の部品から構成されていてもよく、あるいは、複数の部品として示されている要素は、一体的に形成されていてもよい。また、インターフェースの動作は、逆転されるか、そうでなければ変更されてもよい。また、構造および／または要素の長さまたは幅、システムのコネクタまたは他の要素は変更されてもよい。また、要素間に供給される調整位置の本質または数は変更されてもよい。システムの要素および／または部品は、さまざまな色、質感、および組み合わせにおいて、十分な強度または耐久性を持つ、多種多様な材料のうち任意のものにより構成されうることに留意されたい。したがって、すべてのそのような修正は、本発明の範囲内に含まれるように意図される。その他の代用、修正、変更、および省略は、本発明の主旨に逸脱することなく、所望のおよび他の例示的な実施の形態の設計、動作条件、および配置についてなされ得る。
【００４７】
記載されたプロセス内の任意の記載されたプロセスまたはステップは、本発明の範囲内の構造を形成するために、他の記載されたプロセスまたはステップと組み合わされていてもよいことを理解されたい。本明細書において開示された例示的な構造またはプロセスは、説明目的のためのものであり、限定として解釈されるものではない。
【００４８】
本装置の概念から逸脱することなく、前述の構造および方法に変更および修正を加えることができることを理解されるべきである。さらに、それらの概念は、その言語による特許請求の範囲が明示的に述べない限り、添付の特許請求の範囲によりカバーされるよう意図されることを理解されたい。
【００４９】
上記の説明は、例示された実施の形態のみに関するものと考えられる。装置の修正は、当業者および装置を製造または使用する者に思いつくものであろう。したがって、図示され上述された実施の形態は、単に説明目的のためであり、均等論を含む特許法の原則に従って解釈される添付の特許請求の範囲によって定義される、装置の範囲を限定することを意図するものではない。
【図１】
2019537290.tif 000003
【図２】
2019537290.tif 000004
【図３】
2019537290.tif 000005
【国際調査報告】
2019537290.tif 000006
2019537290.tif 000007